Cisco Fundamental : OSI Network Layer

OSI Network Layer

 

Network Layer 

Network layer menyediakan layanan untuk pertukaran data individual pada perangkat yang dikenali dalam jaringan. Untuk mencapai ini ada 4 proses dasar :

1. Addressing.
2. Encapsulation.
3. Routing.
4. Decapsulation.

Proses Dasar

1) Addressing

Network layer harus menyediakan mekanisme pengalamatan end devices. Jika potongan data individual akan dikirim ke sebuah end device, maka perangkat itu harus memiliki alamat unik. Pada jaringan IPv4, sebuah perangkat end device yang telah memiliki alamat disebut host.

2) Encapsulation

Pada enkapsulasi layer 3, segmen (PDU layer 4) akan ditambahkan header sehingga menjadi paket (PDU layer 3). Isi header berupa alamat sumber (source address) dan tujuan (destination address).

3) Routing

Network layer harus menyediakan layanan untuk mengarahkan paket menuju destination host. Source dan destination hosts tidak selalu terhubung pada jaringan yang sama, sehingga paket dapat melalui jaringan yang berbeda.
Dalam perjalanannya, paket harus diarahkan oleh intermediary devices yang menghubungkan jaringan yang berbeda. Perangkat ini ialah router yang menentukan jalur terbaik untuk mengirim sebuah paket, proses pengarahannya disebut routing.
Dalam perjalanannya, sebuah paket dapat melewati berbagai intermediary device. Setiap rute yang dilalui paket dalam perjalanannya menuju perangkat intermediary disebut hop.

4) Decapsulation

Paket yang tiba pada destination host akan diverifikasi alamat tujuannya, jika benar, maka paket akan didekapsulasi dan segmen akan dikirim ke layer 4.

Tidak seperti layer 4 yang menangani transport data antar proses yang berjalan pada tiap host, layer 3 mendeskripsikan struktur paket data dan proses untuk mengirim paket tersebut dari satu host ke host lain tanpa mempedulikan aplikasi apa yang digunakan. Hal ini memungkinkan layer network mengirim paket dari berbagai jenis komunikasi antar berbagai host.

Protocol Overview

Contoh protokol yang ada pada layer ini ialah:

1. Internet Protocol version 4 (IPv4).
2. Internet Protocol version 6 (IPv6).
3. Novell Internetwork Packet Exchange (IPX).
4. Apple talk.
5. Connection Network Service (CLNS/DECNet).

Yang paling luas digunakan ialah IPv4 dan IPv6, sehingga pembahasan protocol yang lain tidak akan dibahas mendalam.

 

IPv4

Internet Protocol didesain sebagai protocol dengan overhead rendah, menyediakan hanya fungsi yang penting untuk mengantarkan paket dari sumber ke tujuan. Protocol ini tidak melakukan “tracking” dan manajemen flow paket karena akan dilakukan oleh protocol layer lain (pada layer 4).

Karakteristik dasar dari IPv4 adalah:

1) Connectionless

Tidak ada koneksi yang dibuka sebelum pengiriman.

2) Best effort (unreliable)

Tidak ada overhead untuk menjamin pengiriman paket.

3) Media independent

Bekerja secara independent dari media (tidak terpengaruh jenis media).

IPv4

Connectionless

Sifat connectionless pada protocol ini berarti tidak ada sesi yang dibuat sebelum pengiriman. Overhead rendah, namun si penerima tidak akan mengetahui kapan dan apakah paket akan datang (dilihat dari sudut pandang layer 3, karena dari layer 4 dengan protocol TCP, akan dibuat session sebelum pengiriman segmen). Dapat mengakibatkan tibanya paket dalam urutan yang berbeda, ini harus dikoreksi oleh protocol pada layer di atasnya.

Best Effort

Pengiriman IP akan menggunakan pendekatan “usaha terbaik” sehingga disebut unreliable. “Unreliable” di sini dalam konteks bahwa IP tidak memiliki kapabilitas untuk melakukan manajemen dan penanganan paket yang tidak terkirim atau korup. Tidak ada ACK dari pengiriman paket, tidak ada kontrol error dan tidak ada bentuk apapun untuk “tracking” paket, oleh karena itu tidak ada transmisi ulang. (Kebutuhan reliabilitas ditentukan dari protocol yang digunakan pada layer 4)

Media Independent

Layer 3 juga tidak terbebani dengan karakteristik dari media yang berbeda-beda, fungsi dan format IP tetap sama meskipun media yang digunakan berbeda-beda. Namun, ada satu karakteristik utama media yang harus dipertimbangkan layer 3, yaitu ukuran maksimum PDU yang bisa ditransport. Karakteristik ini disebut dengan Maximum Transmission Unit (MTU). Terdapat komunikasi kontrol antara Data Link Layer dengan Network Layer yang menginformasikan besarnya MTU yang dipakai.

Pada beberapa kasus, sebuah perangkat intermediary (khususnya router) harus membagi sebuah paket besar menjadi paket lebih kecil, proses ini disebut dengan fragmenting the packet atau fragmentation.

IPv4 Packets

Enkapsulasi

Paket IP didapat dari proses enkapsulasi PDU layer 4.

IPv4

Header

Akan dibahas 6 key fields:

1) IP Source Address
Berisi 32 bit alamat tujuan.

2) IP Destination Address
Berisi 32 bit alamat sumber.

3) Time to Live (TTL)

Berisi 8 bit biner yang mengindikasikan “umur” paket. Nilai TTL akan berkurang tiap satu hop, saat nilainya menjadi 0, paket akan dibuang. Mekanisme ini mencegah paket diforward tanpa batas.

4) Type of Service (ToS)
Berisi 8 bit biner yang digunakan untuk menentukan prioritas data pada mekanisme QoS.

5) Protocol
Berisi 8 bit biner yang mengindikasikan jenis data yang dibawa paket. Nilai ini memungkinkan layer network mengirim paket ke protokol layer 4 yang tepat. Contoh nilainya: 01 CIMP, 06 TCP dan 17 UDP.

6) Fragment Offset
Merupakan nilai yang berisi nomor urut fragmentasi, digunakan dengan More Fragment offset (MF). MF merupakan kode yang menyatakan ada tidaknya fragmentasi atau penanda akhir fragment. DF (Don’t Fragment) merupakan kode untuk mencegah fragmentasi (nilai=1), namun jika router perlu melakukan fragmentasi, namun nilai DF = 1 paket akan dibuang.

MF	Fragment Offset	Artinya
0	0	Tidak ada fragmentasi
1	Selain 0	Potongan fragment
0	Selain 0	Potongan  fragment terakhir

Semua nilai field dalam biner.

Version, berisi versi IP(4). Header Length (IHL), menyatakan ukuran dari header paket. Packet Length, ukuran paket, termasuk header dan footer dalam byte. Identification, umumnya digunakan untuk identifikasi unik dari fragment paket IP yang asli. Header Checksum, checksum untuk header paket. Options, untuk keperluan layanan lain, namun jarang digunakan. Daftar lengkap dapat dilihat di: http://www.iana.org/assignments/protocol-numbers

Contoh Header Paket yang Umum

Ver = 4; versi 4. IHL = 5; ukuran header dalam 32 bit words (4 bytes). Header ini berukuran 5 x 4 = 20 bytes, nilai minimum yang valid. Identification = 111 ; original packet identifier (required if it is later fragmented). Flag = 0 ; denotes packet can be fragmented if required. Fragment offset = 0; denotes that this packet is not currently fragmented (there is no offset). Time to live = 123; denotes the layer 3 processing time in seconds before the packet is dropped (decremented by at least 1 every time a device processes the packet header). Protocol = 6; denotes that the data carried by this packet is a TCP segment.

Network

Bagaimana Membagi?

Jaringan yang besar menjadi jaringan kompleks, akan lebih efisien dan manageable jika host yang ada dibagi menjadi kelompok jaringan spesifik yang lebih kecil, disebut subnetwork atau subnet. Bahasa “network” (jaringan) dan subnet (sub jaringan) sering dan boleh dipertukarkan, mengacu pada sistem jaringan apapun yang menggunakan model komunikasi TCP/IP. Pembagian jaringan dapat dilakukan berdasarkan basis :

1. Geografis (jarak dan lokasi).
2. Tujuan.
3. Kepemilikan.

Geographic

Keuntungan: penyederhanaan pengkabelan (wiring).

Tujuan (Fungsi)

Keuntungan : management resource lebih mudah.

Kepemilikan

Keuntungan : pengaturan keamanan lebih mudah.

Pembagian Network

Why?

Alasan utama pembagian jaringan adalah:

1) Peningkatan performance.

Pengelompokan akan mengurangi beban lalu lintas. Jumlah host yang banyak pada satu jaringan tunggal akan menimbulkan lalu lintas yang besar dan menghabiskan resource jaringan seperti bandwidth media. (ingat, tiap host akan mengiklankan dirinya, kontributor utama overhead ini berupa network broadcast).

Network broadcast adalah pesan yang dikirim dari satu host ke semua host lain pada jaringan. Jumlah host akan berbanding lurus dengan jumlah broadcast. Host yang banyak pada satu jaringan yang sama akan menghabiskan bandwidth hanya untuk proses ini, sehingga mengganggu proses komunikasi lain.

Sebuah broadcast akan terbatas dalam satu jaringan saja, dalam konteks ini network juga dikenal sebagai broadcast domain. Manajemen ukuran broadcast domain menjadi subnet menjamin jaringan tersebut memiliki performance yang dapat diterima.

2) Keamanan.

Pembagian jaringan memungkinkan manajemen keamanan yang lebih baik. Contoh, sumber daya bisa dilindungi dari akses baca, tulis oleh jaringan berbeda.










3) Manajemen alamat.

Internet terdiri dari jutaan host, yang masing-masing diidentifikasikan alamat unik layer 3. Tidak mungkin tiap host mengetahui alamat semua host. Untuk mengirim paket ke alamat di luar jaringan lokalnya, host hanya perlu mengetahui alamat intermediary device yang berfungsi sebagai penghubung dan pengatur semua lalu lintas dari dan ke jaringan luar.

Perangkat intermediary ini disebut gateway, dapat berupa router atau PC router dan berfungsi sebagai “pintu keluar” dari jaringan lokal tersebut.

Bagaimana Membagi Network?

Cara membagi network ialah dengan memanfaatkan pengalamatan hirarkis (hierarchical addressing). Contoh metafora : dalam mengirim surat perlu dicantumkan alamat hirarkis, yaitu, nama Negara, kode pos, nama jalan dan nama penerima.

Pengalamatan layer 3 mirip dengan metafora di atas. Alamat layer 3 menyediakan porsi alamat network (network portion) dan porsi alamat host (host portion). Router akan mengarahkan paket antar network berdasarkan alamat yang tercantum pada network portion. Saat tiba pada jaringan yang dimaksud, maka keseluruhan alamat IP (network + host portion) akan digunakan untuk mengirim ke penerima.

Jika jaringan besar perlu dibagi menjadi jaringan yang lebih kecil, maka lapisan hirarkis baru bisa ditambahkan. Model hirarkis ini memungkinkan pengalamatan dibagi dalam beberapa level, misalnya alamat network, alamat subnet dan alamat host.

Network dari Network

Prinsip subnet ialah pembuatan jaringan kecil di dalam jaringan yang lebih besar. Tiap alamat IP pada dasarnya dibagi menjadi 2 bagian (network portion dan host portion).





Pembuatan subnet dimungkinkan dengan mengubah jumlah bit yang dialokasikan untuk host, menjadi bit untuk subnet. Pada contoh di atas alamat tersebut dapat ditulis 192.168.18.0/24, yang artinya 24 bit pertama digunakan untuk alamat jaringan.

Dengan memperbesar “jatah” alamat networknya menjadi /25 akan didapatkan dua subnet: 192.168.18.0/25 dan 192.168.18.128/25. Masing-masing berisi 126 host. Lebih detail akan dibahas pada bab selanjutnya.

sumber : Cisco Fundamental 1, Joko Christian, M.Kom